JP6259520B2 - タービンケーシング、タービン、タービンケーシングを鋳造するための中子、及びタービンケーシングの製造方法 - Google Patents
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Description
また、上記(1)の構成によれば、タービンケーシングが第1スクロール流路、第2スクロール流路及び作動流路のうち少なくとも2つの間の連通面積を拡大する拡大部を有しており、拡大部に対応する部分で中子の肉厚が厚くなる。この結果、タービンケーシングを鋳造するための中子の強度を高めることができる。
上記(2)の構成によれば、区画壁に設けられた切欠部で第1スクロール流路と第2スクロール流路の連通面積が拡大され、切欠部に対応する部分で中子の肉厚が厚くなる。この結果、タービンケーシングを鋳造するための中子の強度を高めることができる。
上記(3)の構成によれば、区画壁の下流側切欠部で第1スクロール流路と第2スクロール流路の連通面積が拡大され、下流側切欠部に対応する部分で中子の肉厚が厚くなる。この結果、タービンケーシングを鋳造するための中子の強度を高めることができる。
また、第1スクロール流路及び第2スクロール流路の下流側では、上流側に比べて流体の流量が少ない。このため、切欠部として下流側切欠部を設けることで、流体の流速や圧力の変動を抑制することができる。
上記(4)の構成によれば、シュラウドの軸線の周りに回転対称に配置された複数の切欠部で第1スクロール流路と第2スクロール流路の連通面積が拡大され、複数の切欠部に対応する部分で中子の肉厚が厚くなる。この結果、タービンケーシングを鋳造するための中子の強度を高めることができる。
下流側切欠部を設けた場合、下流側切欠部が設けられた流域で、第1スクロール流路と第2スクロール流路が合流する。このため、単に下流側切欠部を設けた場合、第1スクロール流路又は第2スクロール流路を流れてきた流体にとって、下流側切欠部が形成された流域で流路が広くなり、流体の速度や圧力が変動してしまう。
上記(5)の構成によれば、下流側切欠部が形成された流域における第1スクロール流路と第2スクロール流路とを合わせたA/Rが、下流側切欠部よりも上流における、第1スクロール流路と第2スクロール流路のA/R合計が360度に向けて線形減少した場合のA/R分布よりも小さくなることで、下流側切欠部が形成された流域での流路面積の拡大が抑制され、流体の流速や圧力の変動が抑制される。
上記(6)の構成によれば、区画壁に設けられた貫通穴で第1スクロール流路と第2スクロール流路とが連通しており、第1スクロール流路に対応する中子の部分と第2スクロール流路に対応する中子の部分とが、貫通穴に対応する中子の部分で接続される。この結果、タービンケーシングを鋳造するための中子の強度を高めることができる。
上記(7)の構成によれば、貫通穴の周りを流れる流体の流れが整えられ、第1スクロール流路と第2スクロール流路の相互間における漏れ流れを抑制できる。
上記(8)の構成によれば、区画壁の内周側に設けられたベンド部によって、第1スクロール流路と作動流路の連通面積、又は第2スクロール流路と作動流路の連通面積が拡大される。この場合、第1スクロール流路に対応する中子の部分と作動流路に対応する中子の部分とを繋ぐ中子の連結部分、又は、第2スクロール流路に対応する中子の部分と、作動流路に対応する中子の部分とを繋ぐ中子の連結部分で中子の肉厚が厚くなる。この結果、タービンケーシングを鋳造するための中子の強度を高めることができる。
上記(9)の構成によれば、第1ベンド部を設けたことで、第1スクロール流路のスロート部に対応する中子の部分が肉厚になり、第2ベンド部を設けたことで第2スクロール流路のスロート部に対応する中子の部分が肉厚になる。このため、第1スクロール流路に対応する中子の部分と作動流路に対応する中子の部分とを連結する中子の連結部分、及び、第2スクロール流路に対応する中子の部分と作動流路に対応する中子の部分とを連結する中子の連結部分の両方で中子が肉厚になる。この結果、タービンケーシングを鋳造するための中子の強度を高めることができる。
上記(10)の構成によれば、タービンケーシングが小型であっても、タービンケーシングを鋳造により容易に製造することができる。このため、小型化されたタービンを高い生産性の下で低コストにて提供できる。
上記(11)の構成によれば、補強部で中子の肉厚が厚くなり、タービンケーシングを鋳造するための中子の強度を高めることができる。
上記(12)の構成によれば、狭隘肉部で中子の肉厚が厚くなり、タービンケーシングを鋳造するための中子の強度を高めることができる。
上記(13)の構成によれば、区画壁形成部により区分けされたスクロール外周壁形成部の2つの領域が柱状部を介して接続される。この結果、タービンケーシングを鋳造するための中子の強度を高めることができる。
上記(14)の構成によれば、厚肉部で中子の肉厚が厚くなり、タービンケーシングを鋳造するための中子の強度を高めることができる。
上記の構成によれば、タービンケーシングが小型であっても、タービンケーシングを鋳造により容易に製造することができる。
上記(16)の手順によれば、タービンケーシングが小型であっても、タービンケーシングを鋳造により容易に製造することができる。このため、小型化されたタービンを高い生産性の下で低コストにて提供できる。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「中心」、或いは「中心とする」「同一の軸線上」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
ターボチャージャは、タービン10と、コンプレッサ12とを有する。タービン10は、タービンハウジング14と、タービンハウジング14内に回転可能に収容されたタービン動翼(タービンインペラ)16とを有し、コンプレッサ12は、コンプレッサハウジング18と、コンプレッサハウジング18に回転可能に収容されたインペラ(コンプレッサインペラ)20とを有する。
また、コンプレッサハウジング18は、例えば、コンプレッサケーシング32と、コンプレッサケーシング32に結合された端壁34とからなり、駆動軸24は端壁34を貫通している。端壁34は、軸受ハウジング22と一体に形成されている。
外周壁46は、シュラウド44の一端側に連なり、シュラウド44の周方向に沿って延在している。
図3に示すように、スクロール部38の入口(開始端)は、タービン動翼16の周方向での位置(周方向位置θ)が0°の位置にある。なお、周方向位置θが0°の位置は、舌部48の先端の位置として定義される。舌部48は、タービンケーシング26のスクロール部38の外周壁46と導入部42の壁50とが鋭角に交わる部分である。
なお、周方向位置θの値は、スクロール部38の入口から末端に向かって増加するものとし、スクロール部38における流体の流れに沿う方向を正の方向とする。
区画壁54は、スクロール部38の外周壁46の内部を、第1スクロール流路56と第2スクロール流路58とに区画しており、第1スクロール流路56と第2スクロール流路58は、シュラウド44の軸線方向にて相互に隣接している。区画壁54の外周縁は外周壁46の内周面に一体に連なっている。区画壁54の内周縁は、シュラウド44の軸線を中心として、舌部48に接する仮想的な円52によって規定される。
A1/R1は、距離R1に対する流路面積A1の比であり、A2/R2は、距離R2に対する流路面積A2の比である。A/Rは、第1スクロール流路56の距離R1に対する流路面積A1の比A1/R1と第2スクロール流路58の距離R2に対する流路面積A2の比A2/R2の合計に相当する。
この構成によれば、タービンケーシング26が第1スクロール流路56,第2スクロール流路58及び作動流路17のうち少なくとも2つの間の連通面積を拡大する拡大部82を有しており、拡大部82に対応する部分で中子の肉厚が厚くなる。この結果、タービンケーシング26を鋳造するための中子の強度を高めることができる。
この構成によれば、区画壁54に設けられた切欠部60で第1スクロール流路56と第2スクロール流路58の連通面積が拡大され、切欠部60に対応する部分で中子の肉厚が厚くなる。この結果、タービンケーシング26を鋳造するための中子の強度を高めることができる。
また、第1スクロール流路56及び第2スクロール流路58の下流側では、上流側に比べて流体の流量が少ない。このため、切欠部60として下流側切欠部61,62を設けることで、流体の流速や圧力の変動を抑制することができる。
図4に示すように、幾つかの実施形態では、下流側切欠部62は、上流端から下流端に向けて漸次又は徐々に拡大し、270度の位置で外周壁46の内周面と面一となる。
この構成によれば、下流側切欠部61,62が形成された流域における第1スクロール流路56と第2スクロール流路58のA/Rが、下流側切欠部61,62よりも上流における第1スクロール流路56と第2スクロール流路58のA/R合計が360度に向けて線形減少した場合のA/R分布よりも小さくなることで、下流側切欠部61,62が形成された流域での流路面積の拡大が抑制され、流体の流速や圧力の変動が抑制される。
この構成によれば、下流側切欠部61,62が形成された流域における第1スクロール流路56と第2スクロール流路58のA/Rが、下流側切欠部61,62よりも上流における第1スクロール流路56と第2スクロール流路58のA/R合計が360度に向けて線形減少した場合のA/R分布の80%以下となることで、下流側切欠部61,62が形成された流域での流路面積の拡大が抑制され、流体の流速や圧力の変動が抑制される。
この構成によれば、第1スクロール流路56と第2スクロール流路58とが合流した下流側切欠部におけるA/Rが第1スクロール流路56又は第2スクロール流路のA/R(A1/R1,A2/R2)と同じ比率で減少し、流体(排ガス)の流れをスムースなものにできる。
幾つかの実施形態では、少なくとも1つの切欠部60は、シュラウド44の軸線の周りに回転対称に配置された複数の切欠部60を含んでいる。
この構成によれば、シュラウド44の軸線の周りに回転対称に配置された複数の切欠部60で第1スクロール流路56と第2スクロール流路58の連通面積が拡大され、複数の切欠部60に対応する部分で中子の肉厚が厚くなる。この結果、タービンケーシング26を鋳造するための中子の強度を高めることができる。
この構成によれば、上流側切欠部63と下流側切欠部64とで第1スクロール流路56と第2スクロール流路58の連通面積が拡大され、上流側切欠部63と下流側切欠部64に対応する部分で中子の肉厚が厚くなる。この結果、タービンケーシング26を鋳造するための中子の強度を二箇所で高めることができる。
図7及び図12に示すように、幾つかの実施形態では、拡大部82は、区画壁54に設けられた少なくとも1つの貫通穴69を含んでいる。
この構成によれば、区画壁54に設けられた貫通穴69で第1スクロール流路56と第2スクロール流路58とが連通しており、第1スクロール流路56に対応する中子の部分と第2スクロール流路58に対応する中子の部分とが、貫通穴69に対応する中子の部分で接続される。この結果、タービンケーシング26を鋳造するための中子の強度を高めることができる。
この構成によれば、区画壁54に設けられた複数の貫通穴70,71,72で第1スクロール流路56と第2スクロール流路58とが連通しており、第1スクロール流路56に対応する中子の部分と第2スクロール流路58に対応する中子の部分とが、複数の貫通穴70,71,72に対応する中子の部分で接続される。この結果、タービンケーシング26を鋳造するための中子の強度を高めることができる。
幾つかの実施形態では、45度の位置と、135度の位置と、225度の位置とに、それぞれ1つの貫通穴70,71,72が設けられる。
幾つかの実施形態では、貫通穴70,71,72の直径は、流体の流れ方向に沿って段階的に小さくなる。幾つかの実施形態では、45度の位置に設けた貫通穴70、135度の位置に設けた貫通穴71、225度の位置に設けた貫通穴72の順番に直径が小さくなる。
この構成によれば、貫通穴69の周りを流れる流体の流れが整えられ、第1スクロール流路56と第2スクロール流路58の相互間における漏れ流れを抑制できる。
図8及び図9に示すように、幾つかの実施形態では、拡大部82は、区画壁54の内周側に設けられた少なくとも1つのベンド部76を含んでいる。
この構成によれば、区画壁54の内周側に設けられたベンド部76によって、第1スクロール流路56と作動流路17の連通面積、又は第2スクロール流路58と作動流路17の連通面積が拡大される。この場合、第1スクロール流路56に対応する中子の部分と作動流路17に対応する中子の部分とを繋ぐ中子の連結部分、又は、第2スクロール流路58に対応する中子の部分と、作動流路17に対応する中子の部分とを繋ぐ中子の連結部分で中子の肉厚が厚くなる。この結果、タービンケーシング26を鋳造するための中子の強度を高めることができる。
この構成によれば、第1ベンド部77,78を設けたことで、第1スクロール流路56のスロート部57に対応する中子の部分が肉厚になり、第2ベンド部79,80を設けたことで第2スクロール流路58のスロート部59に対応する中子の部分が肉厚になる。このため、第1スクロール流路56に対応する中子の部分と作動流路17に対応する中子の部分とを連結する中子の連結部分、及び、第2スクロール流路58に対応する中子の部分と作動流路17に対応する中子の部分とを連結する中子の連結部分の両方で中子が肉厚になる。この結果、タービンケーシング26を鋳造するための中子の強度を高めることができる。
幾つかの実施形態では、図14に示すように、ベンド部76を形成したことにより、図14に示すように、展開図にて、区画壁の内周縁は、波形状(正弦波形状)を有する。
幾つかの実施形態では、ベンド部を形成したことにより、図10に示すように、展開図にて、区画壁54の内周縁は、矩形波形状を有する。
幾つかの実施形態では、第1ベンド部77,78と第2ベンド部79,80との境界に位置する区画壁54の境界部81は、流体の流れを円滑にするように、シュラウド44の半径方向に対して傾斜して延在している。
この構成によれば、補強部182で中子の肉厚が厚くなり、タービンケーシング26を鋳造するための中子126の強度を高めることができる。
この構成によれば、切欠補強部160で中子126の肉厚が厚くなり、タービンケーシング26を鋳造するための中子126の強度を高めることができる。
また、この構成によれば、タービンケーシング26が小型であっても、タービンケーシング26を鋳造により容易に製造することができる。
この構成によれば、下流側補強部161で中子126の肉厚が厚くなり、タービンケーシング26を鋳造するための中子126の強度を高めることができる。
この構成によれば、狭隘肉部183で中子126の肉厚が厚くなり、タービンケーシング26を鋳造するための中子126の強度を高めることができる。
この構成によれば、区画壁形成部154により区分けされた外周壁形成部146の2つの領域(第1スクロール形成部156と第2スクロール形成部158)が柱状部169を介して接続される。この結果、タービンケーシング26を鋳造するための中子126の強度を高めることができる。
この構成によれば、厚肉部176で中子の肉厚が厚くなり、タービンケーシング26を鋳造するための中子126の強度を高めることができる。
この手順によれば、タービンケーシング26が小型であっても、タービンケーシング26を鋳造により容易に製造することができる。このため、小型化されたタービンを高い生産性の下で低コストにて提供できる。
この手順によれば、タービンケーシング26が小型であっても、タービンケーシング26を鋳造により容易に製造できる。このため、小型化されたタービンを高い生産性の下で低コストにて提供できる。
12 コンプレッサ
14 タービンハウジング
16 タービン動翼
17 作動流路
18 コンプレッサハウジング
20 インペラ
22 軸受ハウジング
24 駆動軸
26 タービンケーシング
28 端壁
30 軸受
32 コンプレッサケーシング
34 端壁
36 筒部
38 スクロール部
42 導入部
44 シュラウド
46 外周壁(スクロール外周壁)
48 舌部
50 壁
52 円
54 区画壁
56 第1スクロール流路
57 スロート部
58 第2スクロール流路
59 スロート部
60 切欠部
61,62 下流側切欠部
63 上流側切欠部
64 下流側切欠部
65 第1切欠部
66 第2切欠部
67 第3切欠部
68 第4切欠部
69,70,71,72 貫通穴
73 整流部
74 増厚部
75 減厚部
76 ベンド部
77,78 第1ベンド部
79,80 第2ベンド部
81 境界部
126 中子
136 筒部形成部
138 スクロール形成部
144 シュラウド形成部
146 外周壁形成部(スクロール外周壁形成部)
154 区画壁形成部
156 第1スクロール形成部
157 連結部分
158 第2スクロール形成部
159 連結部分
160 切欠補強部
161 下流側補強部
169 柱状部
176 厚肉部
179 第2厚肉部
182 補強部
183 狭隘肉部
A,A1,A2 流路面積
C1,C2 流路中心
R,R1,R2 シュラウドの軸線からの距離
Claims (7)
- タービン動翼のハブとの間に作動流路を規定する円筒状のシュラウドと、
該シュラウドの一端側に連なり、前記シュラウドの周方向に沿って延在するスクロール外周壁と、
該スクロール外周壁の内部に配置され、該スクロール外周壁の内部を前記シュラウドの軸線方向にて相互に隣接する第1スクロール流路と第2スクロール流路とに区画する区画壁とを備え、
前記シュラウド、前記スクロール外周壁及び前記区画壁は鋳造により一体に形成され、かつ、前記区画壁は、前記区画壁の基端から先端までが主型と中子の間に形成された湯道に注がれた溶融金属で形成され、
前記区画壁は、前記第1スクロール流路、前記第2スクロール流路及び前記作動流路のうち少なくとも2つの間の連通面積を前記シュラウドの周方向にて部分的に拡大する拡大部を有し、
前記拡大部は、前記区画壁の内周側に設けられた少なくとも1つの切欠部を含み、
前記スクロール外周壁は、流体の流れ方向にて前記第1スクロール流路及び前記第2スクロール流路の最下流に舌部を有し、
前記シュラウドの周方向での位置を、前記舌部の位置を0度とし且つ前記流体の流れ方向を正の方向として表したときに、
前記少なくとも1つの切欠部は、前記シュラウドの周方向にて90度以上270度以下の位置から、前記流体の流れ方向にて下流に向かって延びる下流側切欠部を含み、
前記スクロール外周壁は、前記下流側切欠部が形成された流域における、前記第1スクロール流路と前記第2スクロール流路とを合わせた流路のA/Rが、前記下流側切欠部よりも上流における、前記第1スクロール流路と前記第2スクロール流路のA/Rの合計が360度に向けて線形減少した場合のA/R分布より小さくなる形状を有する
ことを特徴とするタービンケーシング。 - タービン動翼のハブとの間に作動流路を規定する円筒状のシュラウドと、
該シュラウドの一端側に連なり、前記シュラウドの周方向に沿って延在するスクロール外周壁と、
該スクロール外周壁の内部に配置され、該スクロール外周壁の内部を前記シュラウドの軸線方向にて相互に隣接する第1スクロール流路と第2スクロール流路とに区画する区画壁とを備え、
前記シュラウド、前記スクロール外周壁及び前記区画壁は鋳造により一体に形成され、かつ、前記区画壁は、前記区画壁の基端から先端までが主型と中子の間に形成された湯道に注がれた溶融金属で形成され、
前記区画壁は、前記第1スクロール流路、前記第2スクロール流路及び前記作動流路のうち少なくとも2つの間の連通面積を前記シュラウドの周方向にて部分的に拡大する拡大部を有し、
前記拡大部は、前記区画壁の内周側に設けられた少なくとも1つの切欠部を含み、
前記スクロール外周壁は、流体の流れ方向にて前記第1スクロール流路及び前記第2スクロール流路の最下流に舌部を有し、
前記シュラウドの周方向での位置を、前記舌部の位置を0度とし且つ前記流体の流れ方向を正の方向として表したときに、
前記少なくとも1つの切欠部は、前記シュラウドの周方向にて90度以上270度以下の位置から、前記流体の流れ方向にて下流に向かって延びる下流側切欠部を含み、
前記スクロール外周壁は、前記下流側切欠部が形成された流域における、前記第1スクロール流路と前記第2スクロール流路とを合わせた流路のA/Rが、前記下流側切欠部よりも上流における、前記第1スクロール流路と前記第2スクロール流路のA/Rの合計が360度に向けて線形減少した場合のA/R分布と同じ比率で減少する形状を有する
ことを特徴とするタービンケーシング。 - タービン動翼のハブとの間に作動流路を規定する円筒状のシュラウドと、
該シュラウドの一端側に連なり、前記シュラウドの周方向に沿って延在するスクロール外周壁と、
該スクロール外周壁の内部に配置され、該スクロール外周壁の内部を前記シュラウドの軸線方向にて相互に隣接する第1スクロール流路と第2スクロール流路とに区画する区画壁とを備え、
前記シュラウド、前記スクロール外周壁及び前記区画壁は鋳造により一体に形成され、かつ、前記区画壁は、前記区画壁の基端から先端までが主型と中子の間に形成された湯道に注がれた溶融金属で形成され、
前記区画壁は、前記第1スクロール流路、及び前記第2スクロール流路の連通面積を前記シュラウドの周方向にて部分的に拡大する拡大部を有し、
前記拡大部は、前記区画壁に設けられた少なくとも1つの貫通穴を含み、
前記区画壁は、前記少なくとも1つの貫通穴の周りに前記第1スクロール流路と前記第2スクロール流路との間における流体の漏れを抑制するための整流部を有する
ことを特徴とするタービンケーシング。 - 前記整流部は、前記貫通穴の上流側に下流側に向けて漸次又は徐々に厚くなる増厚部を有する請求項3に記載のタービンケーシング。
- 前記整流部は、前記貫通穴の下流側に上流側に向けて漸次又は徐々に薄くなる減厚部を有する請求項3又は4に記載のタービンケーシング。
- タービン動翼のハブとの間に作動流路を規定する円筒状のシュラウドと、
該シュラウドの一端側に連なり、前記シュラウドの周方向に沿って延在するスクロール外周壁と、
該スクロール外周壁の内部に配置され、該スクロール外周壁の内部を前記シュラウドの軸線方向にて相互に隣接する第1スクロール流路と第2スクロール流路とに区画する区画壁とを備え、
前記シュラウド、前記スクロール外周壁及び前記区画壁は鋳造により一体に形成され、かつ、前記区画壁は、前記区画壁の基端から先端までが主型と中子の間に形成された湯道に注がれた溶融金属で形成され、
前記区画壁は、前記第1スクロール流路、前記第2スクロール流路及び前記作動流路のうち少なくとも2つの間の連通面積を前記シュラウドの周方向にて部分的に拡大する拡大部を有し、
前記拡大部は、前記区画壁の内周側に設けられた少なくとも1つのベンド部を含み、
前記少なくとも1つのベンド部は、
前記作動流路に臨む前記第1スクロール流路のスロート部を拡大する少なくとも1つの第1ベンド部と、
前記作動流路に臨む前記第2スクロール流路のスロート部を拡大する少なくとも1つの第2ベンド部と
を含むことを特徴とするタービンケーシング。 - 請求項1乃至6の何れか一項に記載のタービンケーシングを備えることを特徴とするタービン。
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